DD212367B1 - Verfahren zum betrieb eines hochspannungserzeugers - Google Patents

Description

Folgefrequenz lassen den Wirkungsgrad sinken und die Blindanteile steigen Veränderungen der Impulsbreite fuhren schnell zu unzulässig hohen Spitzenstromen Dadurch ist die bei herkömmlichen Schaltnetzteilen übliche Spannungseinstellung und -regelung mittels Impulsbreitenmodulation nicht möglich und muß durch andere Verfahren, ζ B durch Änderung der Kollektorspannung der Schaltstufe, vorgenommen werden Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein weiteres, konventionell aufgebautes Schaltnetzteil benutzt

Anstelle einer Schaltstufe mit Hochvolttransistoren kann auch, besonders zur Erzeugung größerer Leistungen, eine Schaltstufe mit schnellen Thyristoren entsprechender Sperrspannung eingesetzt werden Dabei erweist es sich als vorteilhaft, die fur derartige Schaltungen üblicherweise verwendeten Kommutatordrosseln zum Loschen der Thyristoren durch Hochvolttransistoren zu ersetzen Mit diesen gelingt es, einen exakt festgelegten Loschzeitpunkt auch dann zu realisieren, wenn die Steuerfrequenz automatisch nachgeregelt wird

Die Erfindung kann sowohl bei der Erzeugung von Wechselhochspannung als auch in Verbindung mit entsprechenden Gleichrichterschaltungen von gleichgerichteter Hochspannung eingesetzt werden

Ausfuhrungsbeispiel

Figur 1 zeigt einen Hochspannungserzeuger, der erfindungsgemaß betrieben wird Figur 2 stellt die Kollektorspannung und die zugehörigen Stromimpulse dar

Der Hochspannungserzeuger besteht aus einer Impulssteuerstufe 1, einer Schaltstufe 2, einem Hochspannungsubertrager 3, einer Gleichrichterkaskade 4 und einem Schaltnetzteil 5 Die Schaltstufe 2 enthalt vier parallel geschaltete Hochvolttransistoren, wahrend die Gleichrichterkaskade 4 aus zwölf Stufen besteht Der Hochspannungsubertrager 3 besitzt eine Eingangsinduktivitat von 56 mH, ein Übersetzungsverhältnis von 1 100 und ist fur eine sekundäre Spitzenspannung von 70 kV ausgelegt Die Kaskadenkondensatoren haben eine Kapazität von je 2OnF Aus der Eingangsinduktivitat und den transformierten Last-und Schaltkapazitaten ergibt sich eine Resonanzfrequenz von ca 3kHz Die Dampfung des entstehenden Schwingkreises ist verhältnismäßig gering, da die Große des Übertragers nicht durch seine Ubertragungsleistung, sondern durch die notwendige Eingangsinduktivitat und den benotigten Wickelraum bestimmt wird Durch diese geringe Dampfung entsteht an den Kollektoren der Schaltstufe 2 eine Wechselspannung, deren Amplitude etwa so groß ist wie die Betriebsspannung V_CE0 und die dieser überlagert ist Die resultierende Kollektorspannung zeigt Figur 2 a Die Aussteuerung der Schaltstufe 2 erfolgt etwa symmetrisch zum Minimum der Kollektorspannung V_Ce mit relativ schmalen Rechteckimpulsen (d h , die Ansteuerung erfolgt so, daß die Mitte der Schaltimpulse mit dem Minimum der Kollektorspannung zusammenfallt), so daß in den Schaltmomenten ziemlich niedrige Spannungsamplituden anliegen, wodurch die Schaltverlustleistung erheblich gesenkt wird Außerdem kann dadurch das sonst notwendige, schwierig zu dimensionierende SOAR-Glied entfallen

Die Einstellung und Regelung der Hochspannung wird durch Änderung der Betriebsspannung V_Ceo vorgenommen, die in einem weiteren, konventionellen Schaltnetzteil 5 erzeugt wird, dessen Eingangssignal durch Vergleich mit der Hochspannung gewonnen wird

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines aus einer Impulsformerstufe, einer Transistorschaltstufe und einem Leistungsubertrager bestehenden Hochspannungserzeugers, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsiibertrager (3) im Resonanzzustand betrieben wird, wobei die von der Impulssteuerstufe (1) gelieferten Steuerimpulse für die Transistorschaltstufe (2) in Frequenz und Breite so eingestellt sind, daß die Ansteuerung der Transistoren der Schaltstufe (2) im Minimum ihrer Kollektorspannung erfolgt.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsubertrager (3) bei seiner Parallelresonanzfrequenz betrieben wird, die sich aus der Eingangsinduktivität des Übertragers und den transformierten Schalt- und Lastkapazitaten ergibt.

3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz in Abhängigkeit von der Belastung nachgeführtwird.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsubertrager (3) mit einer Festfrequenz betrieben wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betneb eines Hochspannungserzeugers fur Hochspannungen >50kV verhältnismäßig geringer Leistung, ζ B zur Speisung von Teilchenbeschleunigern

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von Hochspannungen verhältnismäßig geringer Leistung werden im Zuge der Weiterentwicklung der Halbleitergleichrichter häufig als Kaskadengleichnchter, meist mit einer Speisefrequenz von 50Hz, ausgeführt Diese Anlagen sind wegen der Ausmaße von Netztransformatoren und Kondensatoren relativ groß Demgegenüber werden Netzgerate zur Erzeugung von Versorgungsspannungen, insbesondere von Gleichspannungen, in steigendem Maße als sogenannte Schaltnetzteile ausgelegt (radio-fernsehen-elektronik 31 (1982) H 2,79) Die Vorteile solcher Netzteile sind kleines Volumen und kleine Masse, vor allem durch den Wegfall des schweren Netztransformators, sowie ein hoher Wirkungsgrad Bisher werden mit Schaltnetzteilen vor allem niedrige Spannungen erzeugt. Das Prinzip eines derartigen Schaltnetzteiles besteht darin, daß eine Impulssteuerung die Steuerimpulse fur eine Schaltstufe mit Hochvolttransistoren, deren Ausgangsleistung über einen Ferritkernubertrager an eine Gleichrichterschaltung gekoppelt ist, liefert Eine Ruckkopplungsleitung dient der Stabilisierung der Ausgangsspannung, als Stellgroße wird die Breite der Steuerimpulse benutzt Bei den bekannten Schaltnetzteilen ist der ausgangsseitige Ferritkernubertrager weitgehend ohmsch belastet, wobei der Einfluß von Schalt- und Lastkapazitaten verhältnismäßig gering ist. Demgegenüber wird bei Hochspannungstransformatoren infolge des großen Übersetzungsverhältnisses eine erhebliche Kapazitatslast an die Schaltstufe gelegt, wodurch es zu entsprechend großen Blindströmen kommt Schaltnetzteile werden deshalb zur Hochspannungserzeugung nur fur Spannungen von einigen kV verwendet

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Erzeugung von Hochspannungen > 50 kV verhältnismäßig geringer Leistung

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, ein Verfahren zum Betrieb bekannter Hochspannungserzeuger anzugeben, so daß Hochspannungen >5OkV erzeugt und Blindströme in der Schaltstufe und im Leistungsubertrager stark herabgesetzt werden Das erfindungsgemaße Verfahren zum Betrieb eines Hochspannungserzeugers, der aus einer Impulssteuerstufe, einer Transistofschaltstufe und einem Leistungsubertrager besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsubertrager im Resonanzzustand betrieben wird, wobei die von der Impulssteuerstufe gelieferten Steuerimpulse fur die Transistorschaltstufe in Frequenz und Breite so eingestellt sind, daß die Ansteuerung der Transistoren der Schaltstufe im Minimum ihrer Kollektorspannung erfolgt Der Leistungsubertrager wird bei seiner Parallelresonanzfrequenz betrieben, die sich aus der Eingangsinduktivitat des Übertragers und den transformierten Schalt- und Lastkapazitaten ergibt, dadurch werden die Blindströme in der Schaltstufe und im Leistungsubertrager stark herabgesetzt. Als Leistungsubertrager fur die Hochspannung wird im allgemeinen ein Ferritkernubertrager verwendet Wegen der Aussteuerungsabhangigkeit der Permeabilität des Kernmaterials und damit der Induktivität verschiebt sich die Resonanzfrequenz bei unterschiedlicher Belastung Um maximale Ausgangsleistung zu erhalten, muß die Impulsfolgefrequenz entsprechend nachgefühlt werden In den meisten Anwendungsfallen ist jedoch Festfrequenzbereich ohne größere Leistungseinbuße möglich
Der optimale Betneb legt damit die Parameter fur die Ansteuenmpulse relativ streng fest Abweichungen von der optimalen